Prinsip, struktur dan ciri penggerak seramik piezoelektrik PZT

Penggerak seramik piezoelektrik ialah peranti yang menggunakan kesan piezoelektrik songsang seramik piezoelektrik untuk menggunakan medan elektrik dalam arah yang sesuai bagi seramik piezoelektrik untuk menghasilkan anjakan dan daya yang sepadan. Apabila voltan digunakan pada seramik piezoelektrik terkutub, ia dipanjangkan dalam arah polarisasi (kesan membujur) dan dipendekkan dalam arah polarisasi menegak (kesan sisi). Penggerak seramik piezoelektrik mempunyai jenis berlamina menggunakan kesan membujur piezoelektrik dan jenis lengkung diafragma berganda menggunakan kesan melintang piezoelektrik.

Oleh kerana penggerak piezoelektrik adalah peranti untuk kawalan anjakan dan sumber kuasa, bahan yang digunakan mestilah dapat menjana ketegangan dan tegasan yang besar di bawah medan elektrik yang kecil, dan kecekapan menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal adalah tinggi, jadi perkara yang paling penting ialah menggunakan transduser cakera bulat piezo . Bahan lembut dengan pemalar besar d, medan elektrik yang semakin meningkat (kira-kira 1 MV/m), menghasilkan terikan yang besar (Δl/l kira-kira 10 -2 ) dan tegasan (kira-kira 9.8 MPa). Sebaliknya, pembolehubah tindak balas adalah besar, dan keperluan untuk kekuatan dielektrik dan kekuatan mekanikal juga tinggi. Pada masa ini, bahan yang digunakan dalam penggerak seramik piezoelektrik adalah terutamanya bahan seramik piezoelektrik berasaskan titanat zirkonat plumbum (PZT).

3.1 Pemacu seramik piezoelektrik berlamina

Walaupun pemacu seramik piezoelektrik mempunyai prestasi cemerlang yang disebutkan di atas, adalah sukar untuk menetapkan gelung kawalan kerana voltan pemanduan setinggi 1 kV atau lebih. Jika berbilang lapisan disusun secara selari, jarak antara elektrod dalaman boleh sesingkat kira-kira 10 μm. Voltan pemanduan boleh dikurangkan kepada kurang daripada 100V. Untuk ubah bentuk yang disebabkan oleh kesan longitudinal piezoelektrik, seramik piezo mempunyai ubah bentuk kira-kira 0.3 μm, dan lamina berbilang lapisan boleh diubah bentuk oleh beberapa puluh mikrometer.

3.2 pemacu seramik piezoelektrik jenis diafragma berganda

Jenis berlamina adalah unggul dalam ciri tindak balas dan daya penjanaan, dan Cakera seramik piezo bahan PZT mempunyai kelemahan kerana jumlah sesaran adalah kecil. Oleh itu, untuk mendapatkan anjakan beberapa ratus mikrometer, perlu menggunakan jenis lenturan diafragma berganda. Jenis lenturan diafragma berganda adalah untuk menekan dua seramik piezoelektrik bersama-sama. Apabila satu bahagian diregangkan, bahagian yang lain dipendekkan, dan ubah bentuk adalah berkadar dengan medan elektrik yang digunakan. Jenis lenturan diafragma berganda dibahagikan kepada dua jenis: siri dan selari. ciri utama kedua-duanya dibandingkan. Ia boleh dilihat dari jadual bahawa jenis lenturan diafragma berganda piezoelektrik selari mempunyai jumlah anjakan yang besar untuk voltan yang sama.

3.3 keunggulan prestasi pemandu seramik piezoelektrik

1) Menggunakan teknik laminasi filem tebal, pepejal hablur cakera piezoelektrik yang disinter secara bersepadu diperoleh tanpa pengikat.
2) Dengan memperkenalkan proses IC dan teknologi penebat, elektrod dalaman adalah selaras dengan keratan rentas komponen, dan pengagihan tegasan adalah seragam, dengan itu meningkatkan had kerosakan.
3) Lapisan seramik piezoelektrik ditipis, dan padang elektrod boleh dikurangkan kepada kira-kira 10 μm, membolehkan pemanduan voltan rendah.
4) Pengenalan teknologi HIP (teknologi pensinteran penekan panas isostatik) boleh mencapai ketumpatan tinggi, dan kekuatan mekanikal meningkat kira-kira 30% berbanding dengan badan tersinter biasa.
5) Pemacu voltan, tiada bunyi elektromagnet.
6) Perubahan anjakan mengikut masa, hanyut kecil, dan kestabilan suhu yang baik) Ia boleh dihasilkan secara besar-besaran dan kosnya rendah untuk aplikasi pemacu seramik piezoelektrik

4.1 Aplikasi mekanikal

Kepala cetak praktikal untuk pencetak matriks titik impak telah diperoleh yang merupakan gabungan penggerak piezoelektrik berlamina dan mekanisme penguat anjakan. Kepala pencetak ini mempunyai voltan bekalan kuasa 90 V, pembesaran anjakan kira-kira 30 kali, dan anjakan terminal kira-kira 600 μm. Ia boleh mencapai prestasi pencetakan berkelajuan tinggi 100 perkataan/s atau lebih, dan mempunyai penggunaan kuasa yang rendah dan penjanaan haba yang rendah. Selain itu, ia juga digunakan dalam peranti penentududukan ultra ketepatan untuk pembuatan semikonduktor dan pemesinan ultra ketepatan. Anjakan kebanyakannya dalam julat sub-mikron. Dalam pertimbangan histerisis dan lineariti, perhatian mesti diberikan kepada kawalan gelung tertutup.

4.2 Permohonan dalam kuasa

Aplikasi dalam unit kuasa seperti kipas piezoelektrik, injap piezoelektrik, pam piezoelektrik, dan motor ultrasonik adalah disebabkan terutamanya oleh penggunaan kuasa yang rendah dan kawalan tepat penggerak piezoelektrik. Anjakan peranti ini mestilah beberapa ratus mikrometer, dan jenis lenturan diafragma berganda sering digunakan, dan injap piezoelektrik yang digunakan untuk kawalan aliran adalah hampir praktikal.

4.3 Aplikasi optik

Pada masa ini, aplikasi penggerak seramik piezoelektrik dalam bidang baharu seperti sistem komunikasi optik, seperti penentuan kedudukan kecil cermin laser, pengganding dok gentian optik, dan pengawal polarisasi gentian, sedang dijalankan secara meluas.

4.4 Aplikasi dalam penderia

Berbanding dengan penderia tekanan umum, penggerak piezoelektrik berlamina boleh memperoleh voltan keluaran yang besar dengan tekanan yang kecil, dan dengan itu boleh digunakan sebagai penderia tekanan yang sangat sensitif dan penderia pecutan.